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公開番号2025084046
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-02
出願番号2024104434
出願日2024-06-27
発明の名称発光素子
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類H01S 5/343 20060101AFI20250526BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】キャリア注入効率を向上した発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子は、第1半導体層11と、第2半導体層12と、第3半導体層13と、第4半導体層14をこの順で有し、第2半導体層12及び第3半導体はp型不純物を含有し、第2半導体層12の厚さは第3半導体層13の厚さよりも小さく、第2半導体層12のAl組成比x2は、第1半導体層11のAl組成比x1、第3半導体層13のAl組成比x3、及び第4半導体層14のAl組成比x4のいずれよりも大きく、第3半導体層13のAl組成比x3は、第1半導体層11のAl組成比x1と、第4半導体層14のAl組成比x4のいずれよりも大きい。第3半導体層13は、たとえば、第4半導体層14に対する電子ブロック層として用いられ得る。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１半導体層と、第２半導体層と、第３半導体層と、第４半導体層をこの順で有する発光素子であって、
前記第１半導体層はＡｌ
ｘ１
Ｉｎ
ｙ１
Ｇａ
１－ｘ１－ｙ１
Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）であり、
前記第２半導体層はＡｌ
ｘ２
Ｉｎ
ｙ２
Ｇａ
１－ｘ２－ｙ２
Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）であり、
前記第３半導体層はＡｌ
ｘ３
Ｉｎ
ｙ３
Ｇａ
１－ｘ３－ｙ３
Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｘ３＋ｙ３≦１）であり、
前記第４半導体層はＡｌ
ｘ４
Ｉｎ
ｙ４
Ｇａ
１－ｘ４－ｙ４
Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｘ４＋ｙ４≦１）であり、
前記第２半導体層及び前記第３半導体層はｐ型不純物を含有し、
前記第２半導体層の厚さは前記第３半導体層の厚さよりも小さく、
前記第２半導体層のＡｌ組成比ｘ２は、前記第１半導体層のＡｌ組成比ｘ１、前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３、及び前記第４半導体層のＡｌ組成比ｘ４のいずれよりも大きく、
前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３は、前記第１半導体層のＡｌ組成比ｘ１と、前記第４半導体層のＡｌ組成比ｘ４のいずれよりも大きい、
発光素子。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３は、前記第２半導体層から前記第４半導体層へと近づくにつれて減少し、
前記第３半導体層と前記第４半導体層との境界から前記第４半導体層においてＡｌ組成比が最小値を示す位置にかけてのＡｌ組成比の変化率の絶対値は、前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３の変化率の絶対値より大きい、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との境界から前記第２半導体層においてＡｌ組成比が最大値を示す位置にかけてのＡｌ組成比の変化率の絶対値は、前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３の変化率の絶対値より大きい、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２半導体層においてＡｌ組成比が最大値を示す位置から前記第２半導体層と前記第３半導体層との境界にかけてのＡｌ組成比の変化率の絶対値は、前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３の変化率の絶対値より大きい、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第２半導体層の厚さは０．５ｎｍより大きく、２．５ｎｍ以下である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第２半導体層と前記第３半導体層との厚さの合計は５ｎｍより大きく３０ｎｍ以下である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第２半導体層のＡｌ組成比ｘ２は４０％以上、８０％以下である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１半導体層のＡｌ組成比ｘ１は１％以上、１０％以下である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第４半導体層のＡｌ組成比ｘ４は１％以上、１０％以下である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記第４半導体層は第１導電型の不純物を含み、
前記第３半導体層は、前記第４半導体層よりも少ない量の前記第１導電型の不純物を含む、
請求項１に記載の発光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を用いたレーザ素子は、高出力の車載ヘッドライトやレーザ加工機の光源に用いられている。高出力のレーザ素子を効率よく動作させるには、レーザ素子のキャリア注入効率を高めることが重要である。キャリア注入効率を低下させる要因のひとつに、活性層に注入された電子が熱的に励起されてｐ側半導体層にオーバーフローする現象がある。ｐ側半導体層への電子のオーバーフローを抑制するために、活性層とｐ側半導体層の間に、ｐ側半導体層よりもバンドギャップの大きい電子ブロック層が挿入されている。
【０００３】
電子ブロック層の活性層に近い領域にアルミニウム（Ａｌ）組成比のピークを有する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－０１０１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、キャリア注入効率が向上した発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの実施形態において、発光素子は、第１半導体層と、第２半導体層と、第３半導体層と、第４半導体層をこの順で有し、
前記第１半導体層はＡｌ
ｘ１
Ｉｎ
ｙ１
Ｇａ
１－ｘ１－ｙ１
Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１）であり、
前記第２半導体層はＡｌ
ｘ２
Ｉｎ
ｙ２
Ｇａ
１－ｘ２－ｙ２
Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）であり、
前記第３半導体層はＡｌ
ｘ３
Ｉｎ
ｙ３
Ｇａ
１－ｘ３－ｙ３
Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｘ３＋ｙ３≦１）であり、
前記第４半導体層はＡｌ
ｘ４
Ｉｎ
ｙ４
Ｇａ
１－ｘ４－ｙ４
Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｘ４＋ｙ４≦１）であり、
前記第２半導体層及び前記第３半導体はｐ型不純物を含有し、
前記第２半導体層の厚さは前記第３半導体層の厚さよりも小さく、
前記第２半導体層のＡｌ組成比ｘ２は、前記第１半導体層のＡｌ組成比ｘ１、前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３、及び前記第４半導体層のＡｌ組成比ｘ４のいずれよりも大きく、
前記第３半導体層のＡｌ組成比ｘ３は、前記第１半導体層のＡｌ組成比ｘ１と、前記第４半導体層のＡｌ組成比ｘ４よりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
キャリア注入効率を向上した発光素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
発光素子の模式的な断面図である。
実施形態の発光素子の第１半導体層から第４半導体層にかけてのＡｌ組成比の分布を示す模式図である。
作製した発光素子のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ（high-angle annular dark field scanning transmission electron microscope：高角度環状暗視野走査型透過電子顕微鏡）像である。
第１半導体層から第４半導体層にかけてのＡｌ組成比を示す図である。
比較例として、電子ブロック層の活性層から遠い領域にＡｌ組成比のピークを有する構成例を示す模式図である。
実施例と比較例の発光素子の電流に対するスロープ効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための実施形態を説明する。以下の説明は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下の記載に限定するものではない。各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後に示す実施形態では、先に示した実施形態との異なる事項について主に説明し、先に示した実施形態と共通の事柄について重複する説明を省略することがある。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合がある。
【００１０】
＜実施形態＞
図１は、実施形態の発光素子の模式的な断面図である。発光素子は、例えば、半導体レーザ素子である。また、発光素子は、例えば、発光ダイオードである。以下、発光素子として、半導体レーザ素子１０を例に挙げて説明する。図１における断面は、半導体レーザ素子１０の共振方向と直交する断面である。半導体レーザ素子１０は、基板１の上に、ｎ側半導体層３が設けられ、ｎ側半導体層３の上に、活性層１５と、第１半導体層１１と、第２半導体層１２と、第３半導体層１３と、第４半導体層１４を、この順で有する。第１半導体層１１は、活性層１５を間に挟んでｎ側半導体層３と反対側にあり、たとえば、ＧａＮや、ＡｌＧａＮで構成されている。第２半導体層１２は第１半導体層１１と第３半導体層１３の間にあり、第１半導体層１１乃至第４半導体層１４の中で、最もＡｌ組成比が高い高Ａｌ組成層である。第３半導体層１３は、第４半導体層１４よりも高いＡｌ組成比を有し、たとえば、第４半導体層１４に対する電子ブロック層として用いられ得る。この場合、第２半導体層１２の少なくとも一部が電子ブロック層に含まれてもよい。第４半導体層１４は最もｐ側コンタクト層側にある層であり、たとえば、ｐ側光ガイド層であり得る。第１半導体層１１と、第４半導体層１４との間に設けられる第２半導体層１２、及び第３半導体層１３は、第１半導体層１１と第４半導体層１４よりもバンドギャップエネルギーが大きく、伝導帯下端で電子に対する障壁を形成する。
（【００１１】以降は省略されています）

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